iOS底层原理总结探寻Class的本质

释放双眼,带上耳机,听听看~!

上一篇《iOS底层原理-探寻OC对象本质》

本篇学习总结:

  • 探寻Class的本质
  • 代码求证Class正确性

好了,带着问题,我们一一开始阅读吧 ?

一.探寻Class的本质

我们知道不管是类对象还是元类对象,类型都是Class类型,底层都是objc_class结构体的指针,我们今天就来探究一下这个结构体。

先上代码

Class objectClass = [NSObject class];
Class objectMetaClass = object_getClass([NSObject class]);

点击Class可以看到如下结构:

typedef struct objc_class *Class;

继续点击objc_class可以看到如下结构:

struct objc_class {
Class _Nonnull isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;
#if !__OBJC2__
Class _Nullable super_class                              OBJC2_UNAVAILABLE;
const char * _Nonnull name                               OBJC2_UNAVAILABLE;
long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_ivar_list * _Nullable ivars                  OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list * _Nullable * _Nullable methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_cache * _Nonnull cache                       OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_protocol_list * _Nullable protocols          OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
} OBJC2_UNAVAILABLE;

这部分代码经常看到,但是OBJC2_UNAVAILABLE说明代码已经过时了,那么最新的struct objc_class结构体是什么样的呢,我们还是通过下载objc源代码找到。
我们下载这个版本的源码:

源码文件夹.png

然后打开工程,搜索typedef struct objc_class,查找结果如下:

搜索结果.png

随便点击一个搜索结果就可以,我们可以看到新的struct objc_class : objc_object的结构如下:

objc_object结构体部分信息.png

struct objc_class : objc_object这种写法类似c++类写法,里面有方法,成员变量,我们点击objc_object,它的结构如下:

objc_object结构体部分信息.png

完整的类信息有点长,只截取有用的一部分信息吧,我们从这段代码中看到了

objc_object的isa变量.png

我们猜测,凡是继承struct objc_object的子结构体,应该都包含一个isa变量。
我们在上一篇已经总结了,类中有成员变量信息(ivar),类的属性信息(property),类的方法列表信息(method /instance list),类的协议信息(protocol),但从objc_class中我们没有看出这部分信息呢,别着急,我们点击class_rw_t看一下,结构如下图所示:

class_rw_t结构体信息.png

那成员变量信息呢,继续点击class_ro_t,结构如下图所示:

class_ro_t结构体信息.png

到这里,基本上要看的数据信息都已经看完了,但是可能会有点蒙,我们用一张图进行总结吧:

窥探struct objc_class结构.png
二.代码求证Class正确性

用代码求证系统封闭结构体内部信息时,我们直接获取可能拿不到,这时候我们一般采用自定义一个具有类似成员变量的结构体,当我们强制转化系统结构体为自定义结构体的时候,就能一一对应的赋值,此时,我们可以拿到自定义结构体内部的消息。
下面是仿照系统objc_class结构体,自定义的结构体,当然了这是小码哥抽离好的,直接用可以,创建一个MJClassInfo.h文件

#import <Foundation/Foundation.h>
#ifndef MJClassInfo_h
#define MJClassInfo_h
# if __arm64__
#   define ISA_MASK        0x0000000ffffffff8ULL
# elif __x86_64__
#   define ISA_MASK        0x00007ffffffffff8ULL
# endif
#if __LP64__
typedef uint32_t mask_t;
#else
typedef uint16_t mask_t;
#endif
typedef uintptr_t cache_key_t;
struct bucket_t {
cache_key_t _key;
IMP _imp;
};
struct cache_t {
bucket_t *_buckets;
mask_t _mask;
mask_t _occupied;
};
struct entsize_list_tt {
uint32_t entsizeAndFlags;
uint32_t count;
};
struct method_t {
SEL name;
const char *types;
IMP imp;
};
struct method_list_t : entsize_list_tt {
method_t first;
};
struct ivar_t {
int32_t *offset;
const char *name;
const char *type;
uint32_t alignment_raw;
uint32_t size;
};
struct ivar_list_t : entsize_list_tt {
ivar_t first;
};
struct property_t {
const char *name;
const char *attributes;
};
struct property_list_t : entsize_list_tt {
property_t first;
};
struct chained_property_list {
chained_property_list *next;
uint32_t count;
property_t list[0];
};
typedef uintptr_t protocol_ref_t;
struct protocol_list_t {
uintptr_t count;
protocol_ref_t list[0];
};
struct class_ro_t {
uint32_t flags;
uint32_t instanceStart;
uint32_t instanceSize;  // instance对象占用的内存空间
#ifdef __LP64__
uint32_t reserved;
#endif
const uint8_t * ivarLayout;
const char * name;  // 类名
method_list_t * baseMethodList;
protocol_list_t * baseProtocols;
const ivar_list_t * ivars;  // 成员变量列表
const uint8_t * weakIvarLayout;
property_list_t *baseProperties;
};
struct class_rw_t {
uint32_t flags;
uint32_t version;
const class_ro_t *ro;
method_list_t * methods;    // 方法列表
property_list_t *properties;    // 属性列表
const protocol_list_t * protocols;  // 协议列表
Class firstSubclass;
Class nextSiblingClass;
char *demangledName;
};
#define FAST_DATA_MASK          0x00007ffffffffff8UL
struct class_data_bits_t {
uintptr_t bits;
public:
class_rw_t* data() {
return (class_rw_t *)(bits & FAST_DATA_MASK);
}
};
/* OC对象 */
struct mj_objc_object {
void *isa;
};
/* 类对象 */
struct mj_objc_class : mj_objc_object {
Class superclass;
cache_t cache;
class_data_bits_t bits;
public:
class_rw_t* data() {
return bits.data();
}
mj_objc_class* metaClass() {
return (mj_objc_class *)((long long)isa & ISA_MASK);
}
};
#endif /* MJClassInfo_h */

我们需要将main.m 文件后缀修改为main.mm(告诉编译器兼容oc代码跟c++代码).
我们在main.mm文件中写好要强转的代码:

// objective-c++
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <objc/runtime.h>
#import "MJClassInfo.h"
// MJPerson
@interface MJPerson : NSObject <NSCopying>
{
@public
int _age;
}
@property (nonatomic, assign) int no;
- (void)personInstanceMethod;
+ (void)personClassMethod;
@end
@implementation MJPerson
- (void)test
{
}
- (void)personInstanceMethod
{
}
+ (void)personClassMethod
{
}
- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone
{
return nil;
}
@end
// MJStudent
@interface MJStudent : MJPerson <NSCoding>
{
@public
int _weight;
}
@property (nonatomic, assign) int height;
- (void)studentInstanceMethod;
+ (void)studentClassMethod;
@end
@implementation MJStudent
- (void)test
{
}
- (void)studentInstanceMethod
{
}
+ (void)studentClassMethod
{
}
- (id)initWithCoder:(NSCoder *)aDecoder
{
return nil;
}
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)aCoder
{
}
@end
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
MJStudent *stu = [[MJStudent alloc] init];
stu->_weight = 10;
Class objectClass = [NSObject class];
Class objectMetaClass = object_getClass([NSObject class]);
mj_objc_class *studentClass = (__bridge mj_objc_class *)([MJStudent class]);
mj_objc_class *personClass = (__bridge mj_objc_class *)([MJPerson class]);
class_rw_t *studentClassData = studentClass->data();
class_rw_t *personClassData = personClass->data();
class_rw_t *studentMetaClassData = studentClass->metaClass()->data();
class_rw_t *personMetaClassData = personClass->metaClass()->data();
NSLog(@"1111");
}
return 0;
}

最终工程中有两个文件

 

结构体强转文件.png

然后我们通过打断点依次分析如下:
instance对象
首先我们来看instance对象,我们知道instance对象存储isa指针跟成员变量数据,并且instance对象的isa指针是指向class对象的,果然如下图所示:

instance对象一.png

 

instance对象二.png

Class对象
接着我们来看class对象,同样通过上一篇文章,我们明确class对象中存储着isa指针,superclass指针,以及类的属性信息,类的成员变量信息,类的对象方法,和类的协议信息,而通过上面对object源码的分析,我们知道这些信息存储在class对象的class_rw_t中,我们通过强制转化来窥探其中的内容。如下图:

class对象.png

meta-class对象
最后我们来看meta-class元类对象,上文提到meta-class中存储着isa指针,superclass指针,以及类的类方法信息。同时我们知道meta-class元类对象与class类对象,具有相同的结构,只不过存储的信息不同,并且元类对象的isa指针指向基类的元类对象,基类的元类对象的isa指针指向自己。元类对象的superclass指针指向其父类的元类对象,基类的元类对象的superclass指针指向其类对象。

meta-class对象.png

本篇学习先记录到此,感谢阅读,如有错误,不吝赐教。

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2020-5-10 23:02:13

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